DE1438009C - Anordnung zur Umschaltung eines Gleichstrommotors vom motorischen in den ge neratonschen Betneb und umgekehrt - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Umschaltung eines Gleichstrommotors, dessen Ankerwicklung über einen im Schaltbetrieb arbeitenden steuerbaren Halbleiter und eine Drosselspule mit einer Gleichstromquelle verbunden ist, vom motorischen in den generatorischen Betrieb und umgekehrt. Es ist bekannt, zur Steuerung eines Gleichstrommotors, insbesondere zur Steuerung seiner Drehzahl, eine Tastschaltung zu verwenden (»The Engineer« vom 22. 9. 1961, S. 480 bis 481). Deren wesentliches Kennzeichen besteht darin, daß der Gleichstrommotor aus einer Gleichstromquelle, ζ. Β. einer Batterie, mit Hilfe eines steuerbaren, durch Kondensatorstromstoß löschbaren Halbleiterelementes intermittierend mit Energieimpulsen versorgt wird. Die Drehzahl bzw. das Drehmoment des Gleichstrommotors ist dann abhängig von dem Tastverhältnis, d. h. von dem Verhältnis der gesamten Periodendauer zur Impulsdauer (DIN 5488, Februar 1964, S. 7). Wesentliche Bestandteile entsprechender Tastschaltungen mit im Schaltbetrieb arbeitenden steuerbaren Halbleitern sind ferner eine Freilaufdiode und gegebenenfalls eine Zusatzinduktivität. Durch den vom Gleichstrommotor der Freilaufdiode und der Zusatzinduktivität gebildeten Stromkreis fließt während der Zeit, in der eine Energiezufuhr aus der Gleichstromquelle gesperrt ist, abhängig von der Größe der Gesamtinduktivität ein abklingender Strom (deutsche Auslegeschrift 1 026 850.) Die Größe der Zusatzinduktivität kann in einer Tastschaltung um so kleiner gewählt werden, je höher die Tastfrequenz ist. Es ist deshalb bei entsprechend hoher Frequenz auch möglich, lediglich mit der Ankerstromzweiginduktivität des Gleichstrommotors auszukommen, und es erübrigt sich dann der Einbau eines zusätzlichen induktiven Bauelementes.

Es ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 026 850 weiterhin bekannt, einen Gleichstrommotor, dessen Ankerwicklung in Reihe mit einer Drosselspule über einen im Schaltbetrieb arbeitenden steuerbaren Halbleiter mit einer Gleichstromquelle verbunden ist, sowohl motorisch als auch generatorisch zu betreiben. Es versteht sich dabei ohne weiteres von selbst, in herkömmlicher Weise mittels mehrerer kontaktstückbehafteter Schalter im Anker- oder im Erregerstromkreis die erforderliche Umschaltung vorzunehmen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, für die Umschaltung eines durch eine Tastschaltung gesteuerten Gleichstrommotors vom motorischen in den generatorischen Betrieb und umgekehrt eine Lösung mit geringerem Aufwand und mit erhöhter Betriebssicherheit anzugeben. Insbesondere soll die Anzahl der Schaltelemente verringert werden, wodurch sich gleichzeitig der hierfür erforderliche Steuerungsaufwand und die mit der Zahl der Schaltelemente wachsenden Fehlermöglichkeit vermeiden oder verringern läßt.

Die Erfindung besteht bei einer Anordnung der eingangs genannten Art darin, daß in der einen Verbindungsleitung zwischen der Gleichstromquelle und der Reihenschaltung von Ankerwicklung und Drosselspule ein durch eine Kondensatorlöschvorrichtung löschbarer Thyristor als im Schaltbetrieb arbeitender steuerbarer Halbleiter und in der anderen Verbindungsleitung ein einpoliges Schaltelement mit Durchlaßrichtung für den motorischen Strom angeordnet ist, daß parallel zur Reihenschaltung von Ankerwicklung, Drosselspule und einpoligem Schalt element eine Freilaufdiode mit Durchlaßrichtung fü den Ankerstrom bei gesperrtem Thyristor und par allel zur Reihenschaltung von Ankerwicklung Drosselspule und Thyristor eine Diode mit Sperrich tung zum Pluspol der Gleichstromquelle liegt und daf.

eine bei jeder Umschaltung betätigte Umpolvor richtung für die Erregerwicklung vorgesehen ist.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß füi

ίο den Einsatz von Gleichstrommotoren im Zusammenhang mit modernen Steuerungsverfahren Anwendungsbereiche erschlossen werden, die hohe Betriebssicherheit bei möglichst geringer Wartung voraussetzen. So kann der Gleichstrommotor beispielsweise als Fahrmotor in einem elektrischen Triebfahrzeug eingebaut werden, ohne daß für das Fahrzeug aul Grund der unkonventionellen Antriebs- und Steuerungstechnik erhöhte, durch Reparatur bedingte Ausfallzeiten in Kauf genommen werden müssen.

Es ist nach der Erfindung möglich, bei einem Gleichstromnebenschlußmotor den Ankerstromkrei* mit seiner gegenüber dem Erregerstrom großen Stromstärke mit Hilfe nur eines leistungsstarken, nahezu verzögerungsfrei arbeitenden Schaltelementes umzuschalten. Auf Grund dieses nur einen Schaltelementes im Ankerstromkreis ist die Fehlermöglichkeit verringert und darüber hinaus eine besondere Wartung überflüssig.

Auch für die Umschaltung eines Gleichstromrcihenschlußmotors bildet die Erfindung — die im Aufwand gleichbleibenden Maßnahmen zur Umschaltung der Erregerwicklung außer Betracht lassend — eine vorteilhafte Lösung, da lediglich ein zwangkommutiertes Ventil erforderlich ist, dessen Durchlaßrichtung und Schaltverbindungen nicht verändert zu werden brauchen.

An Hand der Zeichnungen seien nun schematische Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Die Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur Umschaltung eines Gleichstromnebenschlußmotors vom motorischen auf den generatorischen Betrieb und umgekehrt.

Die Schaltungsanordnung sei zunächst für den motorischen Betrieb erläutert. Sie kann z. B. die Fahrschaltung eines elektrischen Triebfahrzeuges darstellen. Aus einer Gleichstromquelle 1 fließt ein Strom durch ein in dieser Betriebsart geschlossenes einpoliges Schaltelement 2 während der Durchlaßzeit eines Thyristors durch die Ankerwicklung 3 eines Gleichstromnebenschlußmotors und durch eine Drosselspule 4. Der Strom wird mit Hilfe einer durch einen zweiten Strich an dem Thyristor 5 schematisch angedeuteten, an sich bekannten Kondensatorlöschschaltung unterbrochen. Ein abklingender Strom fließt dann in einem Stromkreis, der durch die Bauelemente 2, 3, 4 und eine Freilaufdiode 6 gebildet wird. Zur Umschaltung auf den generatorischen Betrieb (Bremsbetrieb) ist es lediglich erforderlich, bei gleichbleibendem Drehsinn des Gleichstrommotors das Schaltelement 2 zu öffnen und die Erregerwicklung 8 mittels einer Umpolvorrichtung 11 umzupolen.

Infolge der Feldumkehr wechselt bei gleichbleibender Drehrichtung bekanntlich auch die Ankerspannung ihre Polarität und treibt bei durchlässig gesteuertem Thyristor 5 einen Strom durch den Anker 3 des Gleichstrommotors, die Drosselspule 4, den Thyristor 5 und eine Diode 7. Sobald der Thyristor 5 diesen Strom unterbricht, speist der Gleichstrommotor

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über die Freilaufdiode 6 Energie in die Gleichstromquelle 1 zurück.

Die F i g. 2 zeigt eine entsprechende Anordnung, bei der jedoch statt des mechanisch arbeitenden Schaltelementes 2 der F i g. 1 ein elektronisch arbeitendes Schaltelement 9, beispielsweise ein einfach steuerbares Halbleiterelement, vorgesehen ist. Vor Beginn des generatorischen Betriebes, d. h. z. B. des Bremsbetriebes bei einem elektrischen Triebfahrzeug muß aber in diesem Fall sichergestellt sein, daß nach dem motorischen Betrieb der Strom im Freilaufkreis abgeklungen ist. Das kann z. B. mit Hilfe einer Spannungsüberwachung an dem elektronisch arbeitenden Schaltelement 9 oder an der Freilaufdiode 6 erfolgen. Eine derartige Anordnung ist dann geeignet für voll elektronische Antriebe, bei denen im Leistungskreis auf alle beweglichen Kontakte verzichtet wird. An Stelle des Schaltelementes 2 der Fig. 1 kann statt eines einfach steuerbaren Halbleiterelementes auch ein mit Kondensatorstromstoß löschbares Halbleiterelement verwendet werden.

Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Gleichstromreihenschlußmotor.

Bei Bremsschaltungen von Gleichstromreihenschlußmotoren ist eine zusätzliche Erregung notwendig. Da beim Schließen des Bremsstromkreises noch kein Erregerstrom fließt, wird in der Ankerwicklung 3 nur eine Spannung von wenigen Volt induziert, die von der Remanenz herrührt. Bei dieser kleinen Spannung fließt in den steuerbaren Halbleiterelementen noch kein Strom, obwohl sie gezündet sind. Es läßt sich nun entweder auf den Gleichstromreihenschlußmotor eine zusätzliche Nebenschlußwicklung aufbringen oder dieser über einen zusätzlichen Widerstand vorerregen. In Fig. 3 ist gezeigt, in welcher Weise ein derartiger Widerstand 10 parallel zum Schaltelement 9 anzuschließen ist. Er ist im motorischen Betrieb kurzgeschlossen und ergibt dabei keine Verluste.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Umschaltung eines Gleichstrommotors, dessen Ankerwicklung über einen im Schaltbetrieb arbeitenden steuerbaren Halbleiter und eine Drosselspule mit einer Gleichstromquelle verbunden ist, vom motorischen in den generatorischen Betrieb und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß in der einen Verbindungsleitung zwischen der Gleichstromquelle (1) und der Reihenschaltung von Ankerwicklung (3) und Drosselspule (4) ein durch eine Kondensatorlöschvorrichtung löschbarer Thyristor (5) als im Schaltbetrieb arbeitender steuerbarer Halbleiter und in der anderen Verbindungsleitung ein einpoliges Schaltelement (2; 9) mit Durchlaßrichtung für den motorischen Strom angeordnet ist, daß parallel zur Reihenschaltung von Ankerwicklung (3), Drosselspule (4) und einpoligem Schaltelement (2; 9) eine Freilaufdiode (6) mit Durchlaßrichtung für den Ankerstrom bei gesperrtem Thyristor (5) und parallel zur Reihenschaltung von Ankerwicklung (3), Drosselspule (4) und Thyristor (5) eine Diode (7) mit Sperrichtung zum Pluspol der Gleichstromquelle (1) liegt und daß eine bei jeder Umschaltung betätigte Umpolvorrichtung (11) für die Erregerwicklung (8) vorgesehen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1 mit einem Gleichstromreihenschlußmotor, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum einpoligen Schaltelement (2; 9) ein zusätzlicher Widerstand (10) liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen